某水务集团如何通过排水管网监测实现降本增效

城市排水管网是市政基础设施中隐蔽性最强、运维难度最高的一类系统。与传统道路、建筑、电力设施相比，排水管网长期处于地下，管段埋深大、节点多、材质复杂、权属分散，一旦出现堵塞、破损、混接或淤积，往往要等到降雨积水、道路内涝或污水外溢后才被发现。近年来，随着极端强降雨事件频次上升，城市防涝管理对排水管网运行状态的实时感知能力提出了更高要求，液位、流量、降雨、泵站运行、闸门状态等数据开始从“辅助记录”转向“调度依据”。

易彩科技项目团队近期完成的一处老城区排水管网监测工程，展示了此类系统从规划、建设到运行的完整路径。该项目覆盖约28.6平方公里排水服务面积，涉及主干管、次干管、支管及明渠总长约136公里，布设液位、流量、雨量、视频等多类监测设备，形成面向防涝调度、管网运维和应急响应的数据底座。项目验收数据显示，系统上线后数据完整率达到98.7%，液位与流量报警误报率由建设前经验判断阶段的18%降至4.6%，重点区域积水响应时间由约45分钟缩短至8分钟以内。

项目背景：老城区排水系统面临内涝、混接与运维三重压力

该项目服务区域位于某市老城区，建成年代较早，排水体制复杂。区域内既有雨污分流管段，也有历史遗留的雨污合流管段，部分片区还存在雨水管接入污水系统、污水管错接雨水系统的现象。管网管径范围从DN300到DN1800不等，管材包括混凝土管、玻璃钢夹砂管、HDPE缠绕管、铸铁管和局部砖砌暗渠。现场普查共识别检查井4860座，雨水口1920处，排水泵站4座，调蓄池1座，重要截流节点7处。

从历史运行看，该片区在汛期主要表现为三类问题：

• 短时强降雨下局部道路积水：2023年汛期记录显示，区域内曾出现12处较明显积水点，最大积水深度约0.6米，部分路段交通中断时间超过2小时。
• 合流制溢流导致污水外溢：2023年6月一场24小时降雨量138毫米、最大小时雨强78毫米的降雨过程中，两处截流节点出现溢流，居民投诉集中。
• 排水设施运行状态不透明：泵站、闸门、管渠液位和流量缺乏连续数据，调度人员主要依赖现场巡查和市民报修，响应链条较长。

项目启动前，当地排水管理部门已经具备一定信息化建设基础，包括泵站自控系统、视频监控、GIS管网台账和部分人工巡查记录。但这些系统之间数据口径不统一，液位、流量、降雨、视频和工单信息尚未形成联动，难以支撑精细化防涝调度。建设目标因此被明确为：在关键管段、易涝点、截流节点和泵站进出水端建立连续液位与流量监测，结合雨量数据和水力模型，实现排水管网运行状态可视、异常预警可提前、调度指令可追溯、防涝响应可量化。

技术难点：地下管网复杂条件限制监测数据可用性

排水管网监测工程的首要难点并非设备安装本身，而是地下管网资料与现场实际之间的偏差。老城区竣工资料年代较早，部分管段经过多次改造、迁改和局部修复，图纸中的管径、埋深、坡度、连接关系与现场存在不一致。项目前期探测发现，约11%的管段存在台账信息偏差，19处混接点、26处明显淤积段和8处结构变形风险点需要通过现场复核后才能确定监测点位。若仅按图纸布点，液位计和流量计可能安装在断面变化、回水顶托或淤积严重的非代表性位置，导致数据失真。

液位与流量之间的换算关系是第二个技术难点。排水管网不同于封闭压力管道，明满流过渡、局部回水、坡向变化、淤积断面和闸前壅水都会影响液位与流量对应关系。以DN600混凝土管为例，当管内为自由明流时，液位与流量存在较稳定的水力关系；但当下游检查井顶托、管段满流或存在淤积时，同样液位可能对应完全不同的过流能力。项目团队在点位设计中因此强调“断面稳定、流态可辨识、维护可进入”，并优先选择直管段、检查井井底断面规则处或明渠稳定断面安装流量监测设备。

施工和运维条件同样带来挑战。检查井内部潮湿、空间狭窄，部分井深超过4.5米，安装雷达液位计和超声波流量计时需要避免遮挡、反光、泥沙沉积和井盖振动影响。供电方面，城区内大量点位无法就近接入稳定市电，项目采用太阳能板加锂电池方案，但连续阴雨条件下设备需保持15天以上续航。通信方面，地下井内信号衰减明显，项目根据点位条件混合使用NB-IoT、4G和LoRa无线组网，并通过边缘网关汇聚部分密集区域数据，以降低通信盲区带来的数据缺失。

解决方案：多参数协同感知与模型联动预警

该项目形成了一套面向排水防涝的协同感知体系。液位监测共布设128套，主要采用80GHz高频雷达液位计，量程覆盖0至5米，静态测量精度控制在±1厘米以内，防护等级不低于IP68，适用于雨污合流、高湿、含悬浮物和泡沫干扰的环境。流量监测共布设86套，其中12套用于主干管和大断面明渠，采用多普勒明渠流量计，可同步采集流速、液位和断面面积；74套用于次干管、检查井和渠道节点，采用非接触式超声波流量计或液位面积法流量测算装置，适配不同管径和流态。

在平台层面，系统设置了多层阈值和联动规则。针对泵站调度，平台将液位、流量、降雨强度和泵站运行状态进行联合判断，该方案将单一设备报警转化为排水防涝场景下的综合判断，降低了因局部顶托、传感器漂移或短暂回水造成的误报。

实施过程：从管网普查到系统联调的闭环推进

项目实施周期约180天，其中建设前调查和点位优化约60天，设备安装与调试约75天，试运行与验收约45天。

数据质量与运维机制：监测项目长期有效的基础

排水管网监测项目容易在初期建设阶段形成数据，但长期运行中面临传感器漂移、井底淤积、设备遮挡、通信中断和供电不足等问题。该项目在验收阶段同步建立了数据质量规则，包括液位突变检测、流量负值剔除、雨量与液位相关性校验、设备离线补传和人工复核工单。

例如，当某液位计在10分钟内上升超过30厘米，但上游雨量计和相邻液位计无同步变化时，系统标记为疑似设备异常；当流量计读数持续为零，而液位接近满管时，平台提示检查是否发生堵塞、漂浮物覆盖或天线偏移。

运维方面，项目团队建立了分级维护计划。常规液位计和雨量计每季度进行一次清洁和精度核查，明渠流量计每月检查格栅和导流板，视频设备每两周检查镜头污损和角度偏移。在汛期前，所有点位进行一次全面巡检。设备故障响应要求为：城区主干道点位4小时内到场，一般支路点位8小时内到场，偏远明渠点位24小时内到场。试运行期间，工单闭环率达96%。

数据治理也是项目验收的重要内容。系统将液位、流量、雨量、视频和工单数据统一纳入时序数据库，并按排水分区、管段等级、泵站服务范围建立关联。调度人员可在地图上查看某一易涝点周边500米内的多维数据，也可回溯某次降雨过程中各节点液位峰值时间、流量变化和调度指令下达顺序。这种以事件为组织方式的数据结构，使排水防涝管理从单纯看设备状态转向看管网运行过程，提升了数据在应急调度中的可用性。

运行效果与防涝案例：实时数据改变调度节奏

系统上线后经历90天试运行，覆盖两次中等降雨和一次较强降雨过程。平台统计显示，液位、流量、雨量数据完整率达到98.7%。试运行期间共触发各类报警126次，其中有效预警37次；误报率由建设前的18%降至4.6%。

调度中心事后复盘认为，液位与流量联合预警比单纯依赖道路积水视频提前了约25至35分钟，为泵站预降和闸门调度提供了操作窗口。单次积水事件平均处置时间由45分钟缩短至8分钟报警响应、38分钟现场恢复。

展望：排水管网监测向韧性城市治理延伸

从该案例看，排水管网监测的价值并不只是增加一批液位和流量设备，而是将地下管网运行状态纳入可量化、可预警、可复盘的管理闭环。液位数据解决“水在哪里、是否顶托”的问题，流量数据解决“水在流动多少、是否异常”的问题，雨量数据解决“外部负荷如何变化”的问题，视频和溢流监测解决“现场是否真实发生风险”的问题。防涝调度则需要将这些数据与泵站、闸门、调蓄池和应急队伍联动，形成从感知到处置的完整链条。

下一阶段，易彩科技项目团队建议将此类排水管网监测体系向三个方向扩展：

1. 结构安全监测：在高风险管段增加沉降、变形、渗漏和有害气体监测，提升管网健康评估能力。
2. 水质与溢流管理：在截流井、排河口和泵站出水端增加浊度、电导率、氨氮和流量联动分析，为水环境监管提供依据。
3. 模型预测调度：将实时液位、流量、降雨预报和泵站运行参数接入数字孪生平台，实现未来1至3小时管网状态推演和调度方案比选。

同时，项目也面临数据标准不统一、老旧管网资料更新困难、汛期运维压力集中和模型长期率定成本较高等现实挑战。未来排水防涝管理的提升，仍需要在监测精度、模型可信度、运维责任和跨部门协同之间持续优化。